DE2728971B2 - Insert for a heat exchanger pipe - Google Patents
Insert for a heat exchanger pipeInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
Description
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Die Erfindung betrifft einen Einsatz gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an insert according to the preamble of the main claim.
Solche Einsätze dienen zur Verbesserung des Wärmeüberganges zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem darin strömenden Medium. Einen derartigen Einsatz zeigt die DE-OS 20 29 910. Dabei handelt es sich um Scheidewände, die sich in Längsrichtung des Rohres erstrecken und die aufgrund ihres im Querschnitt gewölbten Verlaufes elastisch mit der Rohrwand verspannt sind. Wegen der unvermeidlichen Fabrikationsungenauigkeiten der Wärmetauscherrohre ist es bei diesen bekannten Scheidewänden nicht gewährleistet, daß ihre äußeren Enden immer am Rohrumfang anliegen, d. h., die Wärmeleitung zwischen der Rohrwand und den Scheidewänden ist an denjenigen Stellen, wo ein Spalt vorliegt, sehr erschwert. Außerdem sind diese bekannten Einsätze dann ungeeignet, wenn die Wärmetauscherrohre von Zeit zu Zeit einer mechanischen Reinigung im Rohrinneren unterzogen werden müssen. Denn wegen ihrer Verspannung im Rohr lassen sie sich kaum noch ohne Beschädigung aus dem Rohr herausziehen.Such inserts serve to improve the heat transfer between the heat exchanger tube and the medium flowing in it. DE-OS 20 29 910 shows such an application. This is around partitions which extend in the longitudinal direction of the pipe and which because of their cross-section arched course are elastically braced with the pipe wall. Because of the inevitable manufacturing inaccuracies of the heat exchanger pipes, it is not guaranteed with these known partitions, that their outer ends always rest on the pipe circumference, d. i.e. the conduction of heat between the pipe wall and the partitions are very difficult in those places where there is a gap. Also are These known inserts are then unsuitable when the heat exchanger tubes from time to time a mechanical Must be cleaned inside the pipe. Because leave them in the pipe because of their tension they can hardly be pulled out of the pipe without damage.
Hiervon ausgehend, liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Einsatz für ein Wärmetauscherrohr zu entwickeln, der für Reinigungszwecke leicht wieder aus dem Rohr herausgezogen werden kann und bei dem außerdem eine gute wärmeleitende Verbindung mit der Rohrwand sichergestellt ist. FernerProceeding from this, the object of the present invention is to provide an insert for a heat exchanger tube which can easily be pulled out of the tube for cleaning purposes can and in which a good heat-conducting connection with the pipe wall is also ensured. Further
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50 soll der Einsatz keinesfalls durch den Druck des Fördermediums aus den Rohren herausgedrückt werden können. 50 it should never be possible for the insert to be pushed out of the pipes by the pressure of the pumped medium.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.This object is achieved according to the invention with the features of the characterizing part of the main claim solved.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß bei Zugbeanspruchung des Einsatzes in der einen Achsrichtung zu einer Verringerung, in der anderen Achsrichtung hingegen zu einer Erhöhung der radialen Verspannung führt Dadurch können die Rippen durch elastische Deformation leicht in die Rohre hinein- oder aus ihnen herausgezogen werden, während die Verschiebung der Rippen in der entgegengesetzten Richtung aufgrund irrer selbstschließenden Gestaltung (Selbsthemmung) verhindert ist Werden die Rippen in einer zur Strömungsrichtung des Mediums entgegengesetzten Richtung in das Rohr eingezogen, so können s>e durch das Strömungsmedium nicht mehr verschoben werden, sondern werden vielmehr verstärkrt gegen die Rohrwandung gepreßt Dadurch wird zugleich auch ihr Kontakt mit der Rohrwand erhöht, so daß sich ein besonders guter Wärmeübergang ergibtThis has the advantage that when the insert is subjected to tensile stress, it closes in one axial direction a reduction, in the other axial direction, however, to an increase in the radial tension This allows the ribs to easily move into or out of the pipes by elastic deformation be pulled out while shifting the ribs in the opposite direction due to Irrder self-closing design (self-locking) prevents the ribs in one to Direction of flow of the medium is drawn into the pipe in the opposite direction, so s> e can pass through the flow medium are no longer shifted, but rather are reinforced against the pipe wall pressed As a result, their contact with the pipe wall is also increased, so that a particularly good heat transfer results
Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 sind vor allem für eine kostengünstige Serienproduktion des Rohreinsatzes geeignetThe features of claims 2 and 3 are primarily for an inexpensive series production of the pipe insert suitable
Wird eine besonders große Zunahme der Wärmeaustauschfläche gewünscht, eignen sich hierfür die Merkmale des Anspruches 4.Will be a particularly large increase in the heat exchange area if desired, the features of claim 4 are suitable for this.
Anspruch 5 beschreibt eine Alternative, bei der die Zähne aus Draht bestehen und mit einem Leitdraht verseilt sind. Eine derartige Ausbildung is·, an sich durch das DE-GM 19 39 668 bekannt jedoch nicht mit der im Hauptanspruch beschriebenen spitzwinkligen Anordnung der Zähne.Claim 5 describes an alternative in which the teeth are made of wire and have a guide wire are stranded. Such a design is known per se from DE-GM 19 39 668, but not with the im Main claim described acute-angled arrangement of the teeth.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteranspriichen.Further refinements of the invention emerge from the remaining subclaims.
In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhanc1 von Zeichnungen erläutert; dabei zeigtIn the following description of an embodiment of the invention is explained anhanc 1 of the drawings; thereby shows
F i g. 1 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres mit den erfindungsgemäßen Rippen,F i g. 1 the side view of a cut pipe with the ribs according to the invention,
Fig. la die Draufsicht auf den Rohrquerschnitt bei der Anordnung gemäß Fig. 1,Fig. La shows the top view of the pipe cross-section in the arrangement according to FIG. 1,
Fig. 2 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt bei Verwendung von Rippen mit abgewinkelten Fußteilen,2 shows the top view of a pipe cross-section when using ribs with angled foot parts,
Fig. 3 die Draufsicht auf einen Rohrquerschnitt bei Verwendung zweier identischer Rippenstreifen,3 shows the plan view of a pipe cross-section when using two identical rib strips,
Fig. 4 die Draursicht auf einen Rohrquerschnitt, dessen Rippen unter Bildung einer Wölbung nach außen laufen,4 shows the plan view of a pipe cross-section, the ribs of which run outwards with the formation of a curve,
Fig. 5 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen axialaufeinanderfolgende Zähne schraubengangartig verdreht sind undFig. 5 is a side view of a cut tube, the axially successive teeth of which are helical are twisted and
Fig.6 die Seitenansicht eines aufgeschnittenen Rohres, dessen Rippen durch Drähte gebildet sind.6 shows the side view of a cut tube, the ribs of which are formed by wires.
Die Rohre der Wärmetauscher, in welche bei Verwendung bestimmter Strömungsmedien Innenrippen zur Verbesserung des Wärmeübergangs einzusetzen sind, weisen infolge unvermeidlicher Fertigungstoleranzen nicht immer eine exakte Kreisform auf und sind auch nicht vollkommen gerade. Im Sinne einer leichten Herstellbarkeit werden die Rippen aus schmalen Streifen hergestellt, deren Geradheit, Breite usw., ebenfalls infolge unvermeidlicher Produktionsungenauigkeiten, nicht vollkommen sind. Wird nun in ein nicht absolut genaues Rohr eine nicht vollkommen genaue Innenrippe eingesetzt, so wird die Rippe nur anThe tubes of the heat exchanger, in which internal fins are used when certain flow media are used are to be used to improve the heat transfer, do not always have an exact circular shape due to unavoidable manufacturing tolerances and aren't perfectly straight either. In order to be easy to manufacture, the ribs are made from narrow strips, whose straightness, width, etc., also as a result of inevitable production inaccuracies, are not perfect. In a pipe that is not absolutely precise, it becomes imperfect Exact inner rib is used, so the rib is only on
einzelnen Punkten mit der Rohrinnenfläche in Berührung kommen, wodurch die, vom Standpunkt der Wärmeübergatbe her äußerst wichtige wärmeleitende Verbindung ebenfalls sehr unvollkommen wird.individual points come into contact with the inner surface of the pipe, which, from the point of view of the Heat transfer is extremely important heat-conducting connection is also very imperfect.
Die befriedigende Berührung zwischen den Rippen und der Rohrwand wird unter Anwendung der Rippengestaltung gemäß Fig. 1 derart gelöst, daß die aus dem schmalen Streifen eus Blech oder dergleichen hergestellte Ftinpe 1 von mit der Streifenlängsachse einen bestimmten Winkel einschließenden Einschnitten unterbrochen wird, so daß die beiden Ränder der Rippe durch aufeinanderfolgende Zähne 3 gebildet werden. Mit Rücksicht darauf, daß diese Zähne elastisch ausgestaltet sind, werden die bei der Produktion entstehenden Ungenauigkeiten der Rohre 4 und der Rippen 1 überbrückt und ein sicheres Anliegen auf die Innenfläche der Rohre sichergestellt Um die wärmeleitende Verbindung verbessern zu können, werden die Enden der Zähne 3 mit einem breiteren Fußteil versehen, so daß die zur Wärmeleitung verfügbare Fläche auf das Mehrfache erhöht wird.The satisfactory contact between the ribs and the pipe wall is achieved using the Rib design according to FIG. 1 solved in such a way that the Ftinpe 1 made from the narrow strip of sheet metal or the like with the longitudinal axis of the strip a certain angle enclosing incisions is interrupted, so that the two edges of the rib are formed by successive teeth 3. With regard to the fact that these teeth are elastic are designed, the inaccuracies of the tubes 4 and the produced during production Ribs 1 bridged and a secure fit on the inner surface of the tubes ensured around the thermally conductive To improve the connection, the ends of the teeth 3 with a wider foot part provided, so that the area available for heat conduction is increased several times.
Die in Fig. 1 dargestellte Rippe 1 kann ir- Richtung des Pfeiles ΰ leicht in das Innere des Rohres hineingezogen werdem. Durch die Gestaltung der Zähne mit einem steilen Winkel wird die Bewegung der Rippen in einer der Einziehrichtung entgegengesetzten Richtung verhindert Der Wärmetauscher ist in der Weise zu betreiben, daß das in dem Rohr strömende Medium dem Pfeil 6 entgegengesetzt strömt, wodurch die im Rohrinneren vorhandenen Rippen 1 nicht aufgrund der Strömung verrutschen können.The rib 1 shown in Fig. 1 can ir- direction the arrow ΰ can be easily pulled into the inside of the pipe. By designing the Teeth with a steep angle will cause the ribs to move in an opposite direction to the pull-in direction Direction prevented The heat exchanger is to operate in such a way that the flowing in the pipe Medium flows in the opposite direction to arrow 6, so that the ribs 1 present in the interior of the pipe are not can slip due to the current.
Es ist offensichtlich, daß infolge der bereits erwähnten Produktionsungenauigkeiten theoretisch auch die Fußteile 5 der Zähne 3 nur in je einem Punkt mit der Rohrinnenfläche in Berührung kommen können. Zwischen dem übrigen Teil der Fußteile 5 und der Rohrfläche entsteht eine schmale, etwa einige Hundertstel oder Tausendstel Millimeter breite Spalte, die von dem strömenden Medium ausgefüllt wird. In dieser schmalen Spalte findet daher die Wärmeleitung zwischen den Zähnen und dem Rohr durch Vermittlung des strömenden Mediums statt Da nun die meisten der in der Praxis zur Anwendung kommenden Medien eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen und bei diesen die Notwendigkeit zum Einbau der beschriebenen Innenrippen besteht, müssen die FuLteile 5 der Zähne 3 verhältnismäßig groß dimensioniert werden.It is obvious that as a result of the production inaccuracies already mentioned, theoretically also the foot parts 5 of the teeth 3 can only come into contact with the inner surface of the pipe at one point each. Between the remaining part of the foot parts 5 and the tube surface is a narrow one, about a few hundredths or thousandths of a millimeter wide gap that is filled by the flowing medium. In this The heat conduction between the teeth and the pipe takes place through mediation in the narrow gap of the flowing medium instead of As most of the media used in practice now have a have poor thermal conductivity and in these the need to install the described If there are inner ribs, the filler parts 5 of the teeth 3 be dimensioned relatively large.
Um die Wärmeübertragung innerhalb der Rohre weiter zu erhöhen, wird zweckmäßigerweise das zum Einziehen der Rippen dienende Werkzeug während des Einziehvorganges langsam gedreht, so daß die Rippen um die Rohrlängsachse herum wendeltreppenförmig versetzt werden. Sie liegen dann in Strömungsrichtung des Mediums nicht genau hintereinander, sondern unter einem gewissen Winkel gegeneinander verdreht, wie dies aus Fig. la folgtIn order to further increase the heat transfer within the tubes, it is expedient to use the Tool for pulling in the ribs slowly rotated during the pulling-in process, so that the ribs be offset in a spiral staircase around the pipe's longitudinal axis. They are then in the direction of flow of the medium not exactly one behind the other, but twisted against each other at a certain angle, like this follows from Fig. la
In Fig. 2 ist eine ebenfalls aus Streifen hergestellte Rippe gezeigt, bei der die Enden der Zähne 3 an dem mit dem Rohr in Berührung kommenden Teil eingebogen sind, damit zur Sicherung der Wärmeleitung zwischen den FuQteilen 5 und dem Rohr 4 eine besonders große Kontaktfläche entsteht Auch bei dieser Rippengestaltung wird durch das langsame Drehen des Einziehwerkzeuges während des Einziehens der Rippen ein wendeiförmiger Verlauf erzielt. Dieser Verlauf erhöht im übrigen auch den Turbulenzgrad der Strömung, das heißt, der Austausch zwischen dem Kern und derIn Fig. 2 one is also made from strips Rib shown in which the ends of the teeth 3 are bent at the part coming into contact with the pipe are, so to secure the heat conduction between the foot parts 5 and the tube 4 a particularly large Contact surface is also created with this rib design by slowly turning the pull-in tool achieved a helical course during the drawing in of the ribs. This course increases Incidentally, also the degree of turbulence of the flow, that is, the exchange between the core and the
ίο Randschicht der Strömung wird intensiviert was wiederum eine Erhöhung der Wärmeübertragung mit sich bringtίο The boundary layer of the flow is intensified what in turn brings an increase in heat transfer with it
In Fig.3 ist eine innere Verrippung dargestellt die durch das Verbiegen der nach F i g. 1 dargestellten Rippen hergec"llt werden kann. Hier werden durch Pressen zwei identische Rippen der F i g. 1 gemäß hergestellt, wonach die eine der beiden Rippen auf die Form 1, die andere auf die Form la verbogen wird. Die solcher Art hergestellten, unterschiedlichen beiden Rippen werden, wie in F i g. 3 dargef ;llt zusammengepaßt und in das Rohr eingezogen, wodurch nicht nur die Fläche der Innenrippen erhöht, sondern auch die Zahl der Fußteile 5 verdoppelt wird.In Figure 3, an inner rib is shown by the bending of the after F i g. Can be ribs shown 1 Herge c "falls. Here, by pressing two identical ribs of F i g. 1 prepared in accordance with, after which produced one of the two ribs on the mold 1 and the other is bent to the shape la. The this kind Different two ribs, as shown in Fig. 3, are fitted together and drawn into the tube, which not only increases the area of the inner ribs, but also doubles the number of foot parts 5.
In Fig. 4 wird der Querschnitt eines kohres dargestellt, in dem eine aus Streifen verfertigte elastische Rippe 1 eingesetzt ist, deren Elastizität durch das dargestellte Profil erhöht wird. Bei dieser Rippengestaltung wird der Krümmungsradius Rodes Fußteils 5 so gewählt, daß dieser den Krümmungsradius R0 des Rohres überschreitet, so daß nach erfolgtem Einbringen in das Rohr der Fußteil 5 infolge der elastischen Deformation mit guter Anpressung an der Rohrinnenfläche anliegt. Die übrige Krümmung unterstützt die radiale Spreizbewegung.In Fig. 4 the cross-section of a kohres is shown in which an elastic rib 1 made of strips is used, the elasticity of which is increased by the profile shown. With this rib design, the radius of curvature R o of the foot part 5 is chosen so that it exceeds the radius of curvature R 0 of the pipe, so that after it has been inserted into the pipe, the foot part 5 is pressed against the inner surface of the pipe with good pressure due to the elastic deformation. The rest of the curvature supports the radial expansion movement.
J5 In F i g. 5 ist eine Lösung aargestellt, bei der die Zähne 3 der inneren Rippe ohne Abfall hergestellt werden. Auch in diesem Fall ist das Anliegen der Fußteile 5 auf der Innenfläche des Rohres 4 durch die Elastizität der Zähne 3 sichergestellt. Diese Elastizität kann, wie gesagt, durch die Schrägstellung der Zähne und/oder dur^h ihren gewöblten Verlauf gemäß Fig. 4 erzielt werden.J5 In Fig. 5 a solution is shown in which the teeth 3 of the inner rib can be made without waste. In this case, too, the foot parts 5 are in contact the inner surface of the tube 4 ensured by the elasticity of the teeth 3. This elasticity can, like In other words, achieved by the inclination of the teeth and / or by their arched course according to FIG will.
Fig. 6 verdeutlicht Innenrippen, die aus Draht hergestellt sind. Bei dieser Lösung werden die ausFig. 6 illustrates internal ribs made from wire. With this solution, the
4Ί dünnem Draht bestehenden Rippen 8 von den, in der Mittellinie des Rohres 4 entlanglaufenden Leitdrähten 7 getragen. Die miteinander zweckmäßigerweise verseilten Leitdrähte 7 haiten die Rippendrähte 8 in ihrer Position. Durch die Verseilung der Leitdrähte sind die4Ί thin wire existing ribs 8 of the, in the Center line of the tube 4 along the guide wires 7 carried. The appropriately stranded with one another Guide wires 7 hold the rib wires 8 in their position. Due to the stranding of the guide wires, the
"in Rippendrähte im Inneren des Rohres 4 nicht nacheinander, sondern wendeltreppenförmig gegeneinander verdreht. Da auch hier die guie Wärmeleitfähigkeit zwischen den Drahtenden und der Rohrwand von äußerster Wichtigkeit ist, können die Drahtenden der Ausführungsform mit dem Bezugszeichen S gemäß mit einer vergrößerten Berührungsfläche ausgestaltet werden. "in ribbed wires inside the tube 4 not one after the other, but twisted against each other like a spiral staircase. Since here too the good thermal conductivity between the wire ends and the pipe wall is of the utmost importance, the wire ends of the Embodiment with the reference symbol S according to be designed with an enlarged contact surface.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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